емкостный датчик давления

Формула изобретения

Емкостный датчик давления, содержащий по крайней мере три диэлектрические пленки, первая из которых является основанием датчика и на ее верхней поверхности сформированы нижняя обкладка первого конденсатора с выводом и боковой экран, а расположенная на первой пленке вторая диэлектрическая пленка выполнена перфорированной, отличающийся тем, что в него введены закрепленная на поверхности второй пленки мембрана из металлической фольги, покрытая с обеих сторон дополнительными диэлектрическими пленками и являющаяся верхней обкладкой первого конденсатора, сплошной металлический экран, сформированный на нижней поверхности первой пленки, и твердое кольцо с натянутой на него эластичной пленкой, при этом третья диэлектрическая пленка расположена на верхней поверхности мембраны и на ее верхней поверхности сформированы введенные две обкладки второго конденсатора с выводами и боковым экраном, на поверхности которого расположено твердое кольцо с эластичной пленкой, причем обкладки второго конденсатора имеют круглую форму, расположены концентрично в одной плоскости и выполнены с радиусами, определяемыми из соотношения

r₁/r₂ 0,955 0,985,

где r₁ внешний радиус первой обкладки;

r₂ внутренний радиус второй обкладки,

при этом датчик снабжен двумя отверстиями опорного давления, первое из которых выполнено в первой пленке и проходит через сплошной металлический экран и нижнюю обкладку первого конденсатора, а второе отверстие сквозное и проходит через все диэлектрические пленки и экраны и через мембрану.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения кровяного давления и контроля работы сердца.

Известен пироэлектрический датчик пульсации давления. На стеклянную пластинку осаждают полимерную подложку. На эту подложку последовательно напыляют электроды, слой чувствительно элемента (ЧЭ) из пироэлектрического материала и верхний электрод [1] Такой датчик не обеспечивает одновременного измерения давления и контроля за работой сердца. К недостаткам следует отнести низкую надежность контактных выводов в месте паек металлизированных обкладок. Затрудняется закрепление датчика на поверхности тела человека.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является емкостной датчик давления, разработанный на основе трех фольгированных и нефольгированных диэлектрических пленок. Основание датчика изготовлено из первой диэлектрической пленки, на верхней поверхности которой расположены нижняя обкладка конденсатора с выводом и боковой экран, а расположенная на первой пленке вторая диэлектрическая пленка выполнена перфорированной. Слои между собой скрепляют клеем [2]

Этот датчик обладает недостатками, затрудняющими его широкое применение в медицине. К числу недостатков можно отнести отсутствие одновременного измерения давления и контроля за работой сердца.

Задачей настоящего изобретения является повышение информативности. Техническим результатом является введение в конструкцию датчика дополнительного чувствительного элемента (ЧЭ) для контроля работы сердца.

Технический результат достигается тем, что в емкостной датчик давления, содержащий по крайней мере три диэлектрические пленки, первая из которых является основанием датчика и на ее верхней поверхности сформированы нижняя обкладка первого конденсатора с выводом и боковой экран, а расположенная на первой пленке вторая диэлектрическая пленка выполнена перфорированной, введены закрепленная на поверхности второй пленки мембрана из металлической фольги, покрытая с обеих сторон дополнительными диэлектрическими пленками и являющаяся верхней обкладкой первого конденсатора, сплошной металлический экран, сформированный на нижней поверхности первой пленки, и твердое кольцо с натянутой на него эластичной пленкой, при этом третья диэлектрическая пленка расположена на верхней поверхности мембраны, и на ее верхней поверхности сформированы введенные две обкладки второго конденсатора с выводами и боковым экраном, на поверхности которого расположено твердое кольцо с эластичной пленкой, причем обкладки второго конденсатора имеют круглую форму, расположены концентрично в одной плоскости и выполнены с радиусами, определенными из соотношения: r1/r2= 0,955 0,985, где r1 внешний радиус первой обкладки, r2 внутренний радиус второй обкладки, при этом датчик снабжен двумя отверстиями опорного давления, первое из которых выполнено в первой пленке и проходит через сплошной металлический экран и нижнюю обкладку первого конденсатора, а второе отверстие сквозное и проходит через все диэлектрические пленки и экраны и через мембрану.

На чертеже изображена конструкция емкостного датчика давления (сечения В-В, А-А, Б-Б). Основанием датчика является первая диэлектрическая пленка 1, содержащая на нижней поверхности сплошной экран 2 (сеч. В-В), на верхней поверхности обкладку 3 первого конденсатора, боковой экран 4, первое и второе опорные отверстия 5, 6 давления (сеч. Б-Б). На первой пленке 1 расположена вторая перфорированная диэлектрическая пленка 7 с одним отверстием. Мембрана 8 датчика из металлической фольги. Нижняя и верхняя поверхности мембраны 8 покрыты пленками 9, 10 (сеч. В-В) из полиамидокислотного лака. На верхней поверхности диэлектрической пленки 10 наклеена третья диэлектрическая пленка 11. На верхней поверхности пленки 11 сформированы две обкладки 12, 13 второго конденсатора круглой формы и боковой экран 14, находящиеся в одной плоскости (сеч. А-А). Обкладки 12, 13 расположены концентрично в одной плоскости. На верхней поверхности бокового экрана 14 расположено кольцо 15 из любого твердого материала, а на верхнюю поверхность кольца 15 натянута эластичная диэлектрическая пленка 16 (сеч. В-В). Слои датчика между собой скрепляют пленками клея 17. Первый конденсатор датчика (первый ЧЭ) формируется из обкладки 3 и мембраны 8, сплошного и бокового экранов 2, 4, перфорированной пленки 7 и первого опорного отверстия 5 давления. Второй конденсатор (второй ЧЭ) (сформирован на верхней поверхности мембраны) содержит третью диэлектрическую пленку 11, на поверхности которой металлизированы концентрично обкладки 12, 13 и боковой экран 14. Все экраны защищают оба ЧЭ датчика от внешних электромагнитных помех и наводок. Первое опорное отверстие 5 давления проходит сквозь обкладку 3 первого конденсатора, сплошной экран 2 и диэлектрическую пленку 1 для выравнивания статического давления под мембраной 8. Второе опорное отверстие 6, проходящее по всей толщине датчика (см. сеч. В-В), предусмотрено для выравнивания атмосферного (статического) давления под эластичной диэлектрической пленкой 16, служащей приемной мембраной при прикосновении тонкой упругой диэлектрической пленки к поверхности грудной клетки человека, где расположено сердце.

Обкладки конденсатора 12, 13 и боковой экран 14 формируют путем металлизации через маски или путем гравировки на поверхности металлизированной диэлектрической пленки.

Рациональные размеры обкладок 12, 13 выбирают равными 2r1=20 40 мм и 2r2= 20,6 41 мм (сеч. А-А). Наружный размер r3 обкладки 13 (сеч. А-А, В-В) намного больше r1, т.е. r3>>r1. Отношение



Емкость C: между обкладками определяется с помощью известных уравнений. При этом обкладка 12 рассматривается как диск в круговом вырезе бесконечной плоскости, т.е. экран 13



где диэлектрическая проницаемость среды.

Принцип работы датчика.

При изменении давления на величину DP на поверхности эластичной диэлектрической пленки 16 изменяется расстояние между обкладкой 3 и мембраной 8 и между обкладками 12, 13. Изменение этих расстояний l r приводит к изменению емкости C на величину C По этому изменению судят о величине давления. Напряжение, снимаемое между обкладками, соответственно пропорционально



где приращение емкости между соответствующими обкладками; u напряжение поляризации датчика.

Благодаря одновременному измерению двух сигналов повышается информативность.